裝配式盾構(gòu)刀盤檢修井施工技術(shù)

鄭 君 楊 斌 張 琳

（1.廣州科技職業(yè)技術(shù)大學(xué)，廣東廣州 510550；2.中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

北京地區(qū)卵石地層具有卵石粒徑大、顆粒級(jí)配不均勻、顆粒間無內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角大、流塑性極差、磨蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。盾構(gòu)在此類地層中掘進(jìn)，摩阻力大、刀盤扭矩大，易造成刀具的嚴(yán)重磨損。因此，進(jìn)行土壓平衡盾構(gòu)換刀技術(shù)研究對(duì)于加快工程進(jìn)度，降低工程風(fēng)險(xiǎn)是非常有必要的。項(xiàng)目采用裝配式盾構(gòu)刀盤檢修井技術(shù)，具有安全性、快速、成本低、環(huán)保、適用范圍廣的特點(diǎn)。

1 工程概況

3#區(qū)間風(fēng)井位于南環(huán)鐵路以南，京開高速公路輔路東側(cè)的海子公園園區(qū)范圍內(nèi)，出地面風(fēng)亭位于新發(fā)地中心幼兒園西南側(cè)，風(fēng)井所處位置現(xiàn)狀為海子公園園區(qū)范圍綠地，3#區(qū)間風(fēng)井場(chǎng)區(qū)作為盾構(gòu)機(jī)始發(fā)基地。3#區(qū)間風(fēng)井長(zhǎng)約129 m，為明挖地下二層框架結(jié)構(gòu)，南側(cè)兼作盾構(gòu)接收井，北側(cè)兼作盾構(gòu)始發(fā)井。

風(fēng)井采用明挖法施工，覆土厚度約4.445 m，盾構(gòu)井寬31.5 m；標(biāo)準(zhǔn)段寬25.88 m，基坑深約24 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為Ф800@1 500鉆孔灌注樁+Ф800×16 mm鋼管支撐。

磁各莊站-草橋站區(qū)間3#區(qū)間風(fēng)井、3#區(qū)間風(fēng)井-草橋站前盾構(gòu)接收井及聯(lián)絡(luò)通道等，盾構(gòu)區(qū)間采用2臺(tái)外徑9.1 m的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)同時(shí)施工。本區(qū)間共設(shè)置2處檢修井，分別是7-1與7-2。7-1、7-2盾構(gòu)檢修井深24.68 m，平面形狀為類橢圓形，采用倒掛井壁法施工，內(nèi)凈空為3 m×3.6 m，盾構(gòu)區(qū)間左右線各開挖一個(gè)豎井。右線7-1檢修井位于道路綠化隔離帶內(nèi)。左線7-2盾構(gòu)檢修井位于京開輔路東側(cè)新發(fā)地橋北公交站附近，北側(cè)2 m位置有一天橋，邊上有兩棵樹木。裝配式盾構(gòu)刀盤檢修井施工工藝，用于定點(diǎn)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀盤進(jìn)行整體檢修并更換磨損嚴(yán)重的刀具。

2 總體施工方案

由于盾構(gòu)掘進(jìn)速度較快，在區(qū)間隧道掘進(jìn)到達(dá)檢修井位置前，需要根據(jù)設(shè)計(jì)位置先期進(jìn)行檢修井的施工工序。盾豎井周邊場(chǎng)地平整完成后，先進(jìn)行施工準(zhǔn)備（圍擋施工、臨建施工），豎井鎖口圈施工，豎井鎖口圈施工完畢后進(jìn)行垂直運(yùn)輸設(shè)備的安裝與調(diào)試。吊車等按照安全技術(shù)規(guī)范等相關(guān)要求進(jìn)行報(bào)驗(yàn)后進(jìn)場(chǎng)，調(diào)試后進(jìn)行豎井施工。

（1）盾場(chǎng)地臨時(shí)設(shè)施主要是臨時(shí)生產(chǎn)設(shè)施，包括加工房、庫房、施工用電、工地消防、渣土堆放、吊車停放區(qū)、注漿作業(yè)機(jī)械停放區(qū)等，施工總平面圖嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布置，明確劃定功能分區(qū)。場(chǎng)地優(yōu)先滿足臨時(shí)棄土堆放、材料庫房、場(chǎng)內(nèi)便道等生產(chǎn)用地。為確保順利、高質(zhì)高效地完成施工任務(wù)，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，合理、有計(jì)劃地進(jìn)行調(diào)動(dòng)工人，選用有經(jīng)驗(yàn)的工人和領(lǐng)工員，并在施工期間對(duì)所有施工作業(yè)人員進(jìn)行集中培訓(xùn)、標(biāo)識(shí)，特種作業(yè)人員堅(jiān)持持證上崗制度，確保其滿足上崗要求。

（2）常規(guī)段每榀結(jié)構(gòu)高度為0.96 m，盾構(gòu)段每榀結(jié)構(gòu)高0.55 m，開挖至設(shè)計(jì)深度，拼裝施工鋼封底。遇軟弱松散地層，每隔一榀在波紋板腹部打設(shè)長(zhǎng)2 m的DN32、t=2.75 mm鎖腳錨管與水平向成30°，鎖腳錨管需注漿。

（3）一次回填，自井下往上，每架設(shè)一層鋼支撐，安裝一層對(duì)應(yīng)的擋土板。

（4）施工材料為工字鋼#22a；M20、M22螺栓，強(qiáng)度等級(jí)8.8；H型鋼，尺寸為200 mm×200 mm；波紋板，尺寸為150 mm×50 mm，厚度3、5 mm；方鋼管，尺寸為110 mm×110 mm×6 mm、140 mm×140 mm×8 mm。

3 施工步驟

3.1 鎖口圈梁施工

鎖口圈梁輪廓尺寸1.2 m×0.5 m（深），波紋板護(hù)欄高1.2 m，便于擋水、擋土。波紋板護(hù)欄取代以往的混凝土擋墻，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、連接快捷、后期拆除簡(jiǎn)便的特點(diǎn)。

3.2 土方施工

土方開挖過程中，架設(shè)鉛垂儀（鋼絲）放線，并用鋼尺進(jìn)行定向輔助測(cè)量。

3.3 井壁支護(hù)

（1）圈梁施工澆筑完成后，拼裝預(yù)制圈梁及護(hù)欄。

（2）架設(shè)第一層腰梁開挖土體，每榀開挖深度0.55 m，及時(shí)架設(shè)一榀波紋板，將其與第一道鋼腰梁連接緊固。

（3）拼裝第二道鋼腰梁，波紋板采用錯(cuò)縫拼裝安裝。

（4）及時(shí)架設(shè)內(nèi)支撐。

（5）后續(xù)施工過程重復(fù)步驟。

（6）縱向剖面上對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸采用了不同的型號(hào)，沿深度方向設(shè)置了常規(guī)段、加強(qiáng)環(huán)、盾構(gòu)段，加強(qiáng)環(huán)部位采用連續(xù)鋼腰梁錯(cuò)縫拼裝對(duì)接，盾構(gòu)段施工過程與常規(guī)段相同。

施工中如遇到易坍塌的粉細(xì)砂地層、軟弱易變形地層、松散土體開挖后易剝離地層，需要隔榀打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管進(jìn)行注漿。

3.4 井內(nèi)照明

井內(nèi)施工時(shí)采用探照燈進(jìn)行井內(nèi)照明，探照燈采用角鋼固定在圈梁上，燈頭正對(duì)井內(nèi)進(jìn)行照明，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需要安裝36 V低壓照明燈。注漿間隔距離依據(jù)地層條件確定，對(duì)于粉黏等自穩(wěn)性較好地層，每隔2 m進(jìn)行一次注漿，對(duì)于粉細(xì)砂等軟弱地層，需要進(jìn)行同步注漿。

3.5 注漿加固

注漿間隔距離依據(jù)地層條件確定，對(duì)于粉黏等自穩(wěn)性較好的地層，每隔2 m進(jìn)行一次注漿，對(duì)于粉細(xì)砂等軟弱地層，需要進(jìn)行同步注漿，長(zhǎng)度2 m。

3.6 檢修井封底

當(dāng)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，進(jìn)行基底清理整平，鋪設(shè)墊層，封底鋼板采用預(yù)制鋼板，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝。

3.7 檢修井回填

檢修井分兩次回填，第一次回填是為了滿足盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)到豎井過程中的安全，保證盾構(gòu)頂進(jìn)過程中結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，第二次是盾構(gòu)刀盤檢修完成后，回收所有支護(hù)結(jié)構(gòu)并回填豎井。含水量一般以手握成團(tuán)、落地開花為適宜，氣候干燥時(shí)須采取加速挖土、運(yùn)土地、平土和碾壓過程，以減少土的水分散失。填料為碎石類土（充填物為砂土）時(shí)，碾壓前應(yīng)充分灑水濕透，以提高壓實(shí)效果。

4 施工計(jì)劃

4.1 施工風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容

風(fēng)險(xiǎn)管理的主要內(nèi)容包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、估計(jì)、評(píng)價(jià)以及風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃和控制。

4.2 自身風(fēng)險(xiǎn)

檢修井?dāng)嗝鎯?nèi)凈空3.0 m×3.6 m，豎井進(jìn)行深孔注漿加固，加固范圍為盾構(gòu)機(jī)垂向上下各3 m，盾構(gòu)掘進(jìn)方向支護(hù)結(jié)構(gòu)外6 m。豎井開挖過程中用鋼腰梁、波紋板、立柱及時(shí)封閉成環(huán)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)如表1所示。

表1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) 單位：m

4.3 工程總體特點(diǎn)

（1）作業(yè)操作空間窄小。

結(jié)合工程設(shè)計(jì)文件、管線調(diào)查結(jié)果及地質(zhì)工程資料，對(duì)檢修井所在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘后可知，本檢修井施工區(qū)域狹小，附近管線較為密集。支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)凈空為3 m×3.6 m，可供施工人員操作的空間有限，內(nèi)部架設(shè)鋼支撐、立柱后，空間將進(jìn)一步縮小。由于井內(nèi)空間有限，在進(jìn)行土體提升及機(jī)具吊裝時(shí)，施工人員經(jīng)常會(huì)處在吊物下面進(jìn)行作業(yè)，而具有受到掉落物體砸傷的危險(xiǎn)。另外，作業(yè)人員上下井爬梯頻率極高，具有失穩(wěn)發(fā)生墜落的危險(xiǎn)。

（2）作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。

由檢修井地質(zhì)剖面可知，施工過程中可能會(huì)遇到非飽和黏土、粉質(zhì)黏土、夾砂、砂卵石的黏土層、黃土層，開挖過程中可能會(huì)出現(xiàn)管涌。隨開挖深度的增加，可能會(huì)出現(xiàn)缺氧及遇到有毒有害氣體。

（3）風(fēng)險(xiǎn)重難點(diǎn)。

本工程附近管線分布較多，受工程影響較大的有雨水管、燃?xì)夤?、上水管等，?duì)臨近風(fēng)險(xiǎn)源的控制是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。7-2檢修井鄰近雨水管線和中壓燃?xì)夤芫€，確保開挖支護(hù)過程中的管線安全質(zhì)量是施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。雨水管邊緣距離0.85 m，埋深3.3 m，小導(dǎo)管注漿加固，長(zhǎng)2.2～5.5 m；燃?xì)夤苓吘壘嚯x2.8 m，埋深1.6 m，小導(dǎo)管注漿加固，長(zhǎng)0.85～2.6 m，燃?xì)夤苓吘壘嚯x3.8 m，埋深2.1 m；小導(dǎo)管注漿加固，長(zhǎng)0.85～2.6 m；京開輔路，7-2井位于京開高速東側(cè)京開輔路與非機(jī)動(dòng)車道之間，深孔注漿加固；嚴(yán)格控制開挖量，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。

4.4 檢修井及管線相對(duì)位置布置

（1）雨水管線。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)，管底埋深5.2 m，管線施工的方法為明挖法，開挖邊線與管線間距離為1.3 m。

（2）燃?xì)夤芫€。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)，管底埋深2.6 m，管線施工的方法為明挖法，開挖邊線與管線間距離為3 m。

（3）上水管線。

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為二級(jí)，管底埋深2.5 m，管線施工的方法為明挖法，開挖邊線與管線間距離為3.8 m。

5 結(jié)語

運(yùn)用裝配式盾構(gòu)檢修井施工技術(shù)為常壓動(dòng)火檢修刀盤提供作業(yè)豎井，適用于檢修井提前施工，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后施工效率較慢。裝配式腰梁+波紋板+型鋼對(duì)稱及鎖腳錨桿護(hù)壁形式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，施工減少開挖工程數(shù)量，降低工程成本，對(duì)周邊地表及建筑物沉降影響非常小，避免了盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)、工期延誤帶來的隱性成本增加，為盾構(gòu)刀盤檢修井修建提供了切實(shí)有效的施工方法。施工過程中鋼結(jié)構(gòu)支護(hù)代替以往混凝土錨噴支護(hù)，可有效抑制揚(yáng)塵，裝配式腰梁、波紋板及型鋼對(duì)稱后期拆除后仍可回收利用，滿足可持續(xù)發(fā)展和綠色施工的理念。